專利名稱：非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于非開挖地下管道空間方位角測(cè)量的傳感頭，屬于機(jī)械電子工 程技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景工程測(cè)量中，角度測(cè)量非常普遍，但是很多情況下空間角度測(cè)量用角度測(cè)量儀難 以實(shí)現(xiàn)。特別是近年來管道現(xiàn)代非開挖技術(shù)在我國得到日益廣泛的應(yīng)用，在非開挖施 工中,需要對(duì)鋪設(shè)的地下管線位置形狀進(jìn)行檢測(cè)，以確保新鋪設(shè)的管線不會(huì)損壞原有的 管線,也防止新鋪設(shè)的管線不被未來的鋪設(shè)工程所破壞。但目前國內(nèi)外采用的地下管 線探測(cè)方法存在著諸如定位精度不高,探測(cè)誤差隨挖掘深度的增加而顯著加大、探測(cè) 深度不夠、對(duì)地下管網(wǎng)密集交錯(cuò)的區(qū)域探測(cè)困難的問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的問題，提供一種新的非開挖地下管道空間 方位角測(cè)量傳感頭，能用于檢測(cè)管道空間方位角，測(cè)量精度高。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明提供的非開挖地下管道空間方位角 測(cè)量傳感頭，在測(cè)量時(shí)，將傳感頭放入待測(cè)管道，若管道是彎曲的，兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)之 間將存在一定的角度，此角度可激光器打在PSD上的光斑位置計(jì)算出來。管道越彎 曲，兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)之間的角度越大，激光的光斑就越偏離PSD的中心點(diǎn)；當(dāng)管道不 存在彎曲時(shí)，兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)在同一條直線上，激光的光斑正好落在PSD的中心點(diǎn)上。 PSD的測(cè)量值可以反映管道的彎曲程度。這種傳感頭不包括磁性原件，使用不受周圍環(huán)境影響，通過調(diào)節(jié)萬向節(jié)管的長度 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)大角度或微小角度的測(cè)量。當(dāng)管道的彎曲半徑很大，即測(cè)量微小角度的時(shí)候，可采用較長的萬向節(jié)管；當(dāng)管道的彎曲半徑較小的時(shí)候，即測(cè)量大角度的時(shí)候， 可采用較短的萬向節(jié)管。使用時(shí)，傳感頭在牽引機(jī)構(gòu)的拖動(dòng)下在管道內(nèi)行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)連 續(xù)測(cè)量管道內(nèi)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的方位角。該測(cè)量方法適合多種工況下的測(cè)量，它不受 管道位置以及埋藏深度的影響，不受周圍管道密集程度的影響，不受周圍電磁輻射的 影響，并可適應(yīng)管道彎曲大小的變化。使用簡單方便，測(cè)量精度高，設(shè)備輕便，且具 有適用方法靈活的特點(diǎn)。根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采下述技術(shù)方案-一種非丌挖地下管線空間方位角的測(cè)量傳感頭，包括兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)，兩個(gè)定心機(jī) 構(gòu)分別固定著兩個(gè)固定端，兩個(gè)固定端通過萬向節(jié)連接起來，其中一個(gè)固定端固定一 個(gè)位置敏感器件PSD，構(gòu)成PSD固定端；另一個(gè)固定端固定一個(gè)激光器，構(gòu)成激光 器固定端。激光器射出的激光束落在位置敏感器件PSD上，通過檢測(cè)激光的光斑落 在PSD傳感平面上的位置，算出兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)軸線之間的夾角，此角度既是待測(cè)角 度。上述的兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)的兩端分別與與PSD固定端和激光器固定端固定連接，采 用過渡配合，并通過緊定螺釘固定；PSD固定端和激光器固定端的另一頭分別套在萬 向節(jié)的兩段萬向節(jié)管上，采用過渡配合，并通過緊定螺釘固定，保持PSD固定端和 激光器固定端之間固定不變的距離。上述的PSD固定端由薄壁軸承、軸承端蓋、PSD軸臺(tái)、PSD固定軸、重錘、集 線板、位置敏感器件PSD和管端組成；位置敏感器件PSD焊接在集線板上，用螺釘 將集線板固定在PSD軸臺(tái)上；PSD軸臺(tái)外部套裝兩個(gè)薄壁軸承，裝配時(shí)采用過渡配 合；管端套在薄壁軸承的外面，實(shí)現(xiàn)管端與PSD軸臺(tái)之間的相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；重錘通 過螺釘擰在PSD軸臺(tái)上，使PSD軸臺(tái)保持自由下垂。上述的激光器固定端由薄壁軸承、軸承端蓋、激光器導(dǎo)向管、激光器端蓋、重錘 和管端組成；激光器的外形為圓柱形，放在激光器導(dǎo)向管的內(nèi)部，用激光器端蓋固定； 激光器導(dǎo)向管外部套有兩個(gè)薄壁軸承，采用過渡配合；兩個(gè)薄壁軸承間安裝套環(huán)；管 端套裝兩個(gè)薄壁軸承的外面，實(shí)現(xiàn)管端與激光器導(dǎo)向管之間的相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；重錘通 過螺釘擰在激光器端蓋上，使激光器端蓋、激光器導(dǎo)向管以及激光器保持自由下垂。上述的萬向節(jié)由兩個(gè)萬向節(jié)管端、兩個(gè)萬向節(jié)管、 一個(gè)萬向節(jié)心、四個(gè)萬向節(jié)心 軸、四個(gè)小軸承和四個(gè)萬向節(jié)軸承蓋組成，且萬向節(jié)心為中空的環(huán)形體，其周向均布 四個(gè)徑向孔，使得激光束可以通過；將四根萬向節(jié)心軸插入萬向節(jié)心的徑向孔，采用 過盈配合；小軸承套在萬向節(jié)心軸的另一端，采用過渡配合；小軸承的外部與萬向節(jié) 管相連，為過渡配合，并通過萬向節(jié)軸承蓋固定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)萬向節(jié)管之間的自由 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)萬向節(jié)管套在兩個(gè)萬向節(jié)管端的外面，過渡配合，再用緊定螺釘固定。上述的定心機(jī)構(gòu)由管軸、鑲套、撐爪、滾輪、壓簧、無油襯套)和撐爪耳座組成。 無油襯套的材料為聚四氟，套在管軸上，為間隙配合，在管軸上自由滑動(dòng)；撐爪耳座 過盈配合套在無油襯套的外面；每個(gè)撐爪耳座通過六根軸和卡環(huán)連接六個(gè)撐爪，撐爪耳座與撐爪之間；兩個(gè)撐爪耳座之間安裝壓簧；鑲套過渡配合套在管軸的臺(tái)階處，用 緊定螺釘固定。在管道內(nèi)不同的位置，兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)之間成的角度是不同的，以至激光打在PSD 傳感表面的位置也不同。硬件電路將此模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過串口傳遞給計(jì) 算機(jī)。計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)此數(shù)據(jù)和兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的距離可算出待測(cè)的角度值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本 發(fā)明能通過調(diào)節(jié)萬向節(jié)管的長度，測(cè)量任意大小的角度。本發(fā)明中涉及的傳感頭機(jī)構(gòu) 可拆卸組合，萬向節(jié)管的長度可根據(jù)待測(cè)角度范圍進(jìn)行選擇；定心機(jī)構(gòu)可適應(yīng)管道直 徑的變化，增加了實(shí)用性。本發(fā)明可適應(yīng)不同的管道彎曲半徑，操作簡單，測(cè)量精度 高，拆卸重組方便，且易于攜帶。


圖1是本發(fā)明應(yīng)用于測(cè)量管道空間方位角的系統(tǒng)方框圖。 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是圖2中的PSD固定端結(jié)構(gòu)圖。 圖4是圖2中的激光器固定端結(jié)構(gòu)圖。 圖5是圖2中的定心機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例結(jié)合附圖詳述如下參見圖1，本非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭使用時(shí)的測(cè)量系統(tǒng)包括傳感 頭，計(jì)程裝置、收放線機(jī)構(gòu)，信號(hào)采集控制電路，計(jì)算機(jī)以及顯示器。傳感頭在收放 線裝置的拖動(dòng)下在管道l內(nèi)行進(jìn)，行進(jìn)速度可由收放線機(jī)構(gòu)控制器控制，行進(jìn)距離可 由計(jì)程裝置測(cè)量。參見圖2，本非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭有兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)2、萬向節(jié) 3、 PSD固定端4、激光器固定端5。兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)的一端分別固定PSD固定端4和 激光器固定端5， PSD固定端4和激光器固定端5通過萬向節(jié)3連接。參見圖3， PSD固定端4的結(jié)構(gòu)是位置敏感器件PSD 7焊接在集線板6上， 用螺釘將集線板6固定在PSD軸臺(tái)29上；PSD軸臺(tái)29外部套有兩個(gè)薄壁軸承9， 裝配時(shí)采用過渡配合；管端13套在薄壁軸承9的外面，實(shí)現(xiàn)管端13與PSD軸臺(tái)29 之間的相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；重錘(12)通過螺釘擰在PSD軸臺(tái)(29)上，使PSD軸臺(tái)(29) 保持自由下垂。參見圖4，激光器固定端5的結(jié)構(gòu)是激光器8的外形為圓柱形，可放在激光器 導(dǎo)向管14的內(nèi)部，用激光器端蓋15固定；激光器導(dǎo)向管14外部套有兩個(gè)薄壁軸承 9，采用過渡配合；兩個(gè)薄壁軸承9間可安裝套環(huán)；管端13套在兩個(gè)薄壁軸承9的外 面，實(shí)現(xiàn)管端13與激光器導(dǎo)向管14之間的相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；重錘12通過螺釘擰在激 光器端蓋15上，使激光器端蓋15、激光器導(dǎo)向管14以及激光器8保持自由下垂。參見圖3和圖4，萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)是萬向節(jié)心18為中空的環(huán)形體，其周向均布 四個(gè)徑向孔，將四根萬向節(jié)心軸19插入萬向節(jié)心18的徑向孔，采用過盈配合；小軸 承20套在萬向節(jié)心軸19的另一端，采用過渡配合；小軸承20的外部與萬向節(jié)管17 相連，為過渡配合，并通過萬向節(jié)軸承蓋21固定，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)兩節(jié)萬向節(jié)管17之間 的自由相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；萬向節(jié)管17套在萬向節(jié)管端16的外面，過渡配合，再用緊定螺釘 固定參見圖3和圖4，萬向節(jié)管端16與PSD管端4和激光器管端5之間通過螺釘相 連，并通過一個(gè)臺(tái)階定位。參見圖5，定心機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是無油襯套27，套在管軸22上，之間為間隙配合， 無油襯套27可在管軸22上自由滑動(dòng)；撐爪耳座28套在無油襯套27的外面，過盈配 合，之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；每個(gè)撐爪耳座28上裝有六個(gè)撐爪24，撐爪耳座28與撐爪 24之間通過一根軸和卡環(huán)連接；兩個(gè)撐爪耳座28之間是一根壓簧26;鑲套23套在 管軸22的臺(tái)階處，過渡配合，用緊定螺釘固定。本實(shí)施例應(yīng)用于測(cè)量時(shí)的測(cè)量系統(tǒng)原理用收放線機(jī)構(gòu)拖動(dòng)傳感頭和計(jì)程裝置在 管道內(nèi)前進(jìn)，每前進(jìn)一個(gè)步長停頓一次，讀取此位置處PSD上激光光斑的位置，計(jì) 算出此位置相對(duì)于前一個(gè)測(cè)量位置的偏轉(zhuǎn)的傾角和擺角。以此類推，得到管道內(nèi)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的位置，進(jìn)而擬合出整條管道的空間方位曲線。該空間方位角測(cè)量方法如下1. 將傳感頭一端與收放線機(jī)構(gòu)相連，另一端與計(jì)程裝置相連，計(jì)程裝置再與收 放線機(jī)構(gòu)相連2. 將傳感頭與計(jì)程裝置放入待測(cè)管道內(nèi)3. 打開電源4. 運(yùn)行測(cè)量軟件，設(shè)定步長5. 控制收放線機(jī)構(gòu)，使傳感頭在管道內(nèi)前進(jìn)，且每前進(jìn)一個(gè)步長后停止若干秒， 完成一個(gè)測(cè)量位置的測(cè)量，繼續(xù)前進(jìn)，直到傳感頭從管道的另一端出來6. 完成測(cè)量，空間方位曲線已完整地顯示在顯示器上7. 關(guān)閉電源。
權(quán)利要求
1.一種非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭，，包括兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)(2)，其特征在于兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)(2)分別固定著兩個(gè)固定端，兩個(gè)固定端通過萬向節(jié)(3)連接起來，其中一個(gè)固定端固定一個(gè)位置敏感器件PSD，構(gòu)成PSD固定端(4)；另一個(gè)固定端固定一個(gè)激光器(8)，構(gòu)成激光器固定端。激光器(8)射出的激光束(18)落在位置敏感器件PSD(7)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭，其特征在于兩個(gè) 定心機(jī)構(gòu)(2)的兩端分別與PSD固定端(4)和激光器固定端(5)固定連接， 采用過渡配合，并通過緊定螺釘固定；PSD固定端(4)和激光器固定端(5)的 另一頭分別套在萬向節(jié)(3)的兩段萬向節(jié)管(17)上，采用過渡配合，并通過 緊定螺釘固定，保持PSD固定端(4)和激光器固定端(5)之間固定不變的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2所述的非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭，其特征在于 PSD固定端(4)由薄壁軸承(9)、軸承端蓋(10)、 PSD軸臺(tái)(29)、 PSD固定 軸(11)、重綞(12)、集線板(6)、位置敏感器件PSD (7)和管端(13)組成； 位置敏感器件PSD (7)焊接在集線板(6)上，用螺釘將集線板(6)固定在PSD 軸臺(tái)(29)上；PSD軸臺(tái)(29)外部套裝兩個(gè)薄壁軸承(9)，裝配時(shí)采用過渡配 合；管端(13)套在薄壁軸承(9)的外面，實(shí)現(xiàn)管端(13)與PSD軸臺(tái)(29) 之間的相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；重錘(12)通過螺釘擰在PSD軸臺(tái)(29)上，使PSD軸 臺(tái)(29)保持自由下垂。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2所述的非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭，其特征在于 激光器固定端(5)由薄壁軸承(9)、軸承端蓋(IO)、激光器導(dǎo)向管(14)、激光器端 蓋(15)、重錘(12)和管端(13)組成；激光器(8)的外形為圓柱形，放在激光器 導(dǎo)向管(14)的內(nèi)部，用激光器端蓋(15)固定；激光器導(dǎo)向管(14)外部套有 兩個(gè)薄壁軸承(9)，采用過渡配合；兩個(gè)薄壁軸承(9)間安裝套環(huán)；管端(13) 套裝兩個(gè)薄壁軸承(9)的外面，實(shí)現(xiàn)管端(13)與激光器導(dǎo)向管(14)之間的 相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；重錘(12)通過螺釘擰在激光器端蓋(15)上，使激光器端蓋(15)、 激光器導(dǎo)向管(14)以及激光器(8)保持自由下垂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2所述的非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭，其特征在于 萬向節(jié)(3)由兩個(gè)萬向節(jié)管端(16)、兩個(gè)萬向節(jié)管(17)、 一個(gè)萬向節(jié)心(18)、 四個(gè)萬向節(jié)心軸(19)、四個(gè)小軸承(20)和四個(gè)萬向節(jié)軸承蓋(21)組成，且萬向節(jié)心(18)為中空的環(huán)形體，其周向均布四個(gè)徑向孔，使得激光束可以通過； 將四根萬向節(jié)心軸(19)插入萬向節(jié)心(18)的徑向孔，采用過盈配合；小軸承 (20)套在萬向節(jié)心軸(19)的另一端，采用過渡配合；小軸承(20)的外部與 萬向節(jié)管(17)相連，為過渡配合，并通過萬向節(jié)軸承蓋(21)固定，同時(shí)實(shí)現(xiàn) 兩個(gè)萬向節(jié)管(17)之間的自由相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)萬向節(jié)管(17)套在兩個(gè)萬向節(jié) 管端(16)的外面，過渡配合，再用緊定螺釘固定。 6.根據(jù)權(quán)利要求1、 2所述的非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭，其特征在于 定心機(jī)構(gòu)(2)由管軸(22)、鑲套(23)、撐爪(24)、滾輪(25)、壓簧(26)、 無油襯套(27)和撐爪耳座(28)組成。無油襯套(27)的材料為聚四氟，套在 管軸(22)上，為間隙配合，在管軸(22)上自由滑動(dòng)；撐爪耳座(28)過盈配 合套在無油襯套(27)的外面；每個(gè)撐爪耳座(28)通過六根軸和卡環(huán)連接六個(gè) 撐爪(24)，撐爪耳座(28)與撐爪(24)之間；兩個(gè)撐爪耳座(28)之間安裝 壓簧(26);鑲套(23)過渡配合套在管軸(22)的臺(tái)階處，用緊定螺釘固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非開挖地下管道空間方位角測(cè)量傳感頭。包括兩個(gè)定心機(jī)構(gòu)，分別固定著兩個(gè)固定端，兩個(gè)固定端通過萬向節(jié)連接起來，其中一個(gè)固定端固定一個(gè)位置敏感器件PSD，構(gòu)成PSD固定端，另一個(gè)固定端固定一個(gè)激光器，構(gòu)成激光器固定端，激光器射出的激光束落在位置敏感器件PSD上。由PSD檢測(cè)出光斑的位置，從而可計(jì)算出管道空間方位角。本發(fā)明可適應(yīng)不同的管道彎曲半徑，操作簡單，測(cè)量精度高，拆卸重組方便，且易于攜帶。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101245999SQ20081003386
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者李亞旻, 沈林勇, 章亞男, 錢晉武, 勇 陳 申請(qǐng)人:上海大學(xué)